Wenn Sonnenlicht auf die wärmeabsorbierende Platte im Inneren der Vakuumröhre trifft, kocht das Arbeitsmedium im Wärmerohr und verdampft. Der Dampf strömt kontinuierlich zum Kondensator oben, wo er zu Flüssigkeit kondensiert. Das kondensierte Arbeitsmedium fließt dann entlang der Rohrwand zurück zum Verdampferbereich und schließt den Kreislauf ab. Diese Art von Wärmerohr, das an einem Ende Wärme aufnimmt und verdampft und am anderen Ende kondensiert und Wärme abgibt, wodurch eine Wärmeübertragung durch interne Phasenänderung erreicht wird, wird allgemein als Schwerkraft-Wärmerohr bezeichnet. Heatpipes haben keinen wärmeabsorbierenden Kern. Die kondensierte Flüssigkeit fließt durch die Schwerkraft vom Kondensatorbereich zum Verdampferbereich zurück und zirkuliert automatisch ohne externe Stromversorgung. Dies ist der Wärmesammelprozess einer Heatpipe-Vakuumröhre. Da Wärmerohre zur Zirkulation des Arbeitsmediums auf die Schwerkraft angewiesen sind, muss der Verdampferabschnitt während des Betriebs unterhalb des Kondensatorabschnitts platziert werden. Wenn der Verdampferteil über dem Kondensatorteil platziert ist, behindert die Schwerkraft den Rückfluss des Kondensats. Ohne Strom zur Rückführung des Kondensats in den Verdampferbereich funktioniert das Wärmerohr nicht. Daher werden Wärmerohre auch als Einweg-Wärmeübertragungsdioden bezeichnet. Diese Eigenschaft von Heatpipes eignet sich hervorragend für solarthermische Kollektoren. Sie übertragen absorbierte Sonnenwärme an einen Wassertank und erhitzen das Wasser mit irreversibler Wärmeübertragung. Mit anderen Worten: Sie nehmen tagsüber Wärme auf, geben sie aber nachts wieder ab. Dadurch wird der Wärmeverlust deutlich reduziert und die Wärmedämmleistung des Kollektors verbessert.
Da Wärmerohre in erster Linie auf der Aufnahme und Abgabe latenter Wärme während Phasenwechseln des Arbeitsmediums und des Dampfstroms beruhen, um Wärme zu übertragen, und da die meisten Arbeitsflüssigkeiten eine hohe latente Verdampfungswärme aufweisen, können sie erhebliche Wärmemengen übertragen, ohne dass ein großes Verdampfungsvolumen erforderlich ist. Wenn der Dampf gesättigt ist, ist der Temperaturunterschied während seiner Strömung und Phasenänderung minimal. Die relativ dünne Rohrwand führt zu einem sehr geringen Oberflächentemperaturgradienten. Wenn der Wärmefluss sehr gering ist, wird eine stark isotherme Oberfläche erreicht, wodurch die Wärmeleitfähigkeit verbessert wird. Der Einbauwinkel des Wärmerohrs hat einen gewissen Einfluss auf die Wärmeübertragungsleistung.